CN103140309B - 叶片材料的制造方法及叶片材料的制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使不使用大型的锻压机也能够制造纵长的叶片材料的叶片材料的制造方法及叶片材料的制造装置。一种利用模具自根部侧朝向叶片（翼）顶端部依次进行热锻造的叶片材料的制造方法，其中，在把持根部侧的部位，并利用模具约束被锻造件时，对在上述把持的部位和上述被约束的部位之间的区域进行扭转加工。该叶片材料的制造方法优选的是，反复进行热锻造和扭转加工，该叶片材料的制造方法更优选的是，依次更换模具进行热锻造。

Description

叶片材料的制造方法及叶片材料的制造装置

技术领域

本发明涉及一种对扭转了叶片（翼）顶端部和根部的叶片材料进行锻造的制造方法及用于制造该叶片材料的制造装置。

背景技术

近年来，由于蒸汽涡轮机的高效率化，使用于蒸汽涡轮机的叶片也变得纵长化起来。例如，在制造超过大约1500mm的纵长的叶片材料的情况下，主流方法为：将材料夹入上模和下模之间，并利用大型的锻压机成形为叶片材料的方法。

然而，在上述的方法中，由于需要1万吨以上的巨大的加工力，因此锻造机的设备投资金额也较庞大，此外，模具的制作费用也变得庞大。

相对于此，也尝试着使用比较小容量的锻造机制造纵长的叶片材料的方法。该方法在技术上分为两大种：第一种方法为例如以由本申请申请人的提案而完成的日本特开昭62-192223号公报（专利文献1）为代表的这种、将锻造区域分割而进行锻造从而获得叶片材料的方法。第二种方法为日本特开昭63-241118号公报（专利文献2）所述的那样、在维持着水平状态的情况下进行锻造而获得半成品后，对该半成品进行扭转加工从而形成叶片材料的方法。

专利文献1：日本特开昭62-192223号公报

专利文献2：日本特开昭63-241118号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述的专利文献1所记载的、将锻造区域分割而进行锻造的方法中，即使通过锻造最初的区域来成形为叶片材料的形状，在对接下来的区域进行锻造时，也会存在有在因锻造而产生的应力的影响下导致之前锻造而成的区域变形的情况。

此外，在专利文献2所述的、在制造了半成品之后进行扭转加工的方法中，在扭转加工时，会在最容易变形的位置产生变形。因此，在形状的精度方面仍然留有问题。特别是在叶片纵长化时，更难以成形高精度的形状。此外，在常温下对局部施加较大的变形时，在之后直接进行退火时会存在局部硬度降低的风险。

从上述理由来看，特别是在制造纵长的叶片材料的情况下，不得不采用将被锻造件整体夹入上模和下模之间，并使用大型的锻压机，利用较大的负荷成形为叶片材料的方法。

用于解决问题的方案

本发明的目的在于提供一种即使不使用大型的锻压机也能够制造纵长的叶片材料的、叶片材料的制造方法及叶片材料的制造装置。

本发明是鉴于上述课题而完成的。

即，本发明为一种利用模具自根部侧朝向叶片顶端部依次进行热锻造的叶片材料的制造方法，其中，在把持根部侧的部位，利用模具约束被锻造件时，对在上述把持部位和上述被约束的部位之间的完成了局部锻造的区域进行扭转加工。

另外，在该叶片材料的制造方法中，利用机械手对上述被锻造件的根部侧进行把持，并且利用把持根部侧的机械手来使被锻造件旋转，从而进行扭转加工。

而且，在本发明的叶片材料的制造方法中，反复进行热锻造和扭转加工。

优选的是，在该叶片材料的制造方法中，依次更换模具进行热锻造。

更优选的是，在该叶片材料的制造方法中，之前进行了热锻造的区域与接下来进行热锻造的区域重叠。

更优选的是，在该叶片材料的制造方法中，在进行热锻造的叶片顶端部处于加热炉内的状态下进行局部锻造和扭转加工。

更优选的是，在该叶片材料的制造方法中，将利用机械手把持的被锻造件从加热炉内拉出进行锻造。

此外，在该叶片材料的制造方法中，本发明所使用的被锻造件为被锻造件的横截面为圆形，或者，被锻造件的横截面为矩形，并且，该被锻造件的形状为与最终产品形状的扩缩相应的形状。

此外，本发明为一种叶片材料的制造装置，该叶片材料的制造装置包括锻造装置和机械手，该锻造装置具有：利用模具对被锻造件的预定位置进行局部锻造的功能和利用模具约束被锻造件的功能，该机械手具有：自被锻造件的根部侧朝向叶片顶端部依次调整用于进行热锻造的上述被锻造件的锻造位置的移动功能；把持被锻造件的功能；以及在利用上述锻造装置约束被锻造件时通过扭转被锻造件对上述把持的部位和利用上述模具约束的部位之间的结束了局部锻造的区域进行扭转加工的功能。

优选的是，该叶片材料的制造装置的锻造装置具有依次更换用于成形被锻造件的模具的功能。

更优选的是，该叶片材料的制造装置还包括用于加热锻造材料的加热装置。

优选的是，该叶片材料的制造装置利用机械手对上述被锻造件的根部侧进行把持，并利用该机械手将被锻造件从加热炉内拉出进行锻造。

此外，在本发明中还可以具备有氧化皮去除装置，该氧化皮去除装置用于去除从加热炉内拉出的被锻造件的氧化皮。

发明的效果

根据本发明，即使不使用大型的锻压机也能够制造纵长的叶片材料。

附图说明

图1是表示本发明的锻造装置一例的示意图。

图2是表示本发明的锻造装置一例的示意图。

图3是表示本发明的锻造装置一例的示意图。

图4是表示本发明的锻造装置一例的示意图。

图5是表示被锻造件的进行局部锻造的部位的示意图。

图6是表示利用本发明制造的叶片材料的一例的示意图。

图7是表示被锻造件（原材料）的一例的示意图。

图8是表示被锻造件（原材料）的一例的示意图。

具体实施方式

如上所述，本发明的重要的特征在于，在把持根部侧的部位，利用进行锻造的模具约束用于加工为叶片材料的被锻造件时，对上述把持的部位与上述被约束的部位之间的区域进行扭转加工。

一边参照附图一边使用一例详细地说明本发明的叶片的制造方法。其中，本发明并不限定于在此所采用的实施方式，在不改变要旨的范围内能够进行适宜地组合、改良。

首先，准备用于加工为叶片材料的被锻造件（原材料）。对于准备的被锻造件1的形状，可以使用如图7所示的横截面为圆形的材料、或者如图8所示的横截面为矩形的材料。例如，如果横截面为圆形，则容易进行用于局部锻造的模具的定位。此外，如果截面为矩形，则在锻造时易于增大模具与被锻造件之间的接触面积，且在锻造时易于将被锻造件的材料延展的方向控制为长度方向和宽度方向，从而容易控制叶片材料的形状。使用任一形状的被锻造件都可以，但从对最终产品（叶片材料）的形状进行控制的方面来看，优选的是，模具与被锻造件的接触面积较大的、截面为矩形的被锻造件（原材料）。

此外，如图7、图8所示，上述的用于加工为叶片材料的被锻造件（原材料）优选的是形成为与最终产品（叶片材料）形状的扩缩相应的形状。若对于与最终产品（叶片材料）形状的扩缩相应的形状列举具体例而进行说明，则例如在叶片材料的根部侧的厚度较厚，且叶片顶端部的厚度较薄的情况下，通过将被锻造件（原材料）的厚度也作成将根部侧做得较厚且叶片顶端部侧做得较薄地、在厚度上具有变化的形状，能够使该被锻造件形成为与最终产品形状的扩缩相应的形状。此外，例如在最终产品形状为图6所示的那种在中央处具有凸起部10的叶片材料9的形状的情况下，通过将被锻造件（原材料）的长度方向的截面积做成为在相当于凸起部的位置处较大的形状，能够形成为与最终产品形状的扩缩相应的形状。

本发明通过在热加工过程中依次进行锻造和扭转加工，来将被锻造件最终加工为图6所示的叶片材料9的形状。因此，在进行热锻造前需要对被锻造件进行加热。用于加热被锻造件的加热炉优选的是设置在尽可能靠锻造装置较近的位置上，从而抑制被锻造件的温度降低，例如，优选的是，向配置在图1和图2所示的与锻造装置相邻接的位置的加热炉4中插入被锻造件1，以预定的温度对该被锻造件1进行加热、保持。

而且，如图1所示，作为叶片材料的制造装置的配置，优选的是，用于加热被锻造件1的加热炉4设置在锻造装置的与机械手所在侧相反的一侧。其中，如图1及图2所示，使加热炉4与锻造装置2接近地配置，并且，在将其与机械手3配置在一列上时，能够利用机械手把持被锻造件的根部侧，将被锻造件从加热炉内拉出进行锻造，从而能够在将被锻造件从加热装置内取出之后紧接着将该被锻造件锻造成期望的形状。通过使锻造装置和加热炉配置为一列，并且使其接近，能够在锻造之前一直加热被锻造件。此外，能够设成被锻造件的未成形部分的叶片顶端部处于加热炉内的状态，由于能够在热锻造之前一直对未成形部分进行加热，因此能够防止被锻造件的温度降低，通过在局部锻造之前一直加热被锻造件，来使被锻造件的加工性维持在良好的状态下。

另外，在对多根被锻造件进行热锻造的情况下，例如，也可以使用图1及图2所示的加热炉4以外的加热炉来对被锻造件进行预热。由此，能够抑制由插入新的被锻造件导致的加热炉内的温度降低，从而提高生产性。

此外，在由加热导致被锻造件的表面产生氧化皮时，由于在锻造时存在因氧化皮导致模具损伤的情况，因此如图4所示还可以设置去氧化皮装置6，对氧化皮进行去除。作为去氧化皮装置6，能够利用例如使水等形成雾状而对从加热炉4内取出的被锻造件进行喷射的装置。

本发明的锻造装置2具有对被锻造件1进行局部锻造的功能和约束被锻造件的功能。并且，锻造装置2包括用于将被锻造件1做成预定的形状的多个模具5。在本发明中，通过将模具做成一对上模和下模，利用锻造装置的加压能够将被锻造件成形为预定的形状。此时，期望能够以被锻造件呈水平地进行锻造的方式对模具进行调整。

另外，在图1～图3中表示有排成一列的多个模具5。该多个模具5以能够利用各自的一对上模和下模依次进行局部热锻造的方式配置为一列。通过将模具配置为一列，能够缩短在结束了锻造和扭转加工之后，向进行接下来的锻造和扭转加工所必要的模具进行更换的更换时间。若模具的更换时间过长，则导致被锻造件的温度下降，从而使被锻造件的加工性劣化。由于加工性的劣化，不仅会导致难以进行锻造、扭转加工，而且，例如在被锻造件的金属组织方面以及之后进行的热处理方面会存在难以控制硬度的情况。因此，优选的是，用于加工被锻造件的模具以易于更换的方式配置。

在进行本发明的热锻造的情况下，例如，为了形成图6所示的这种形状的叶片材料9还需要对根部进行成形。根部的成形可以利用图1所示的本发明的锻造装置进行，例如，还可以利用其它的锻造装置仅将根部7预先成形，再将其用作被锻造件。

在本发明中所使用的机械手3包括在把持被锻造件的同时进行扭转加工的功能。此外，机械手具有用于把持被锻造件的根部侧并使其移动至进行接下来的局部锻造的位置的功能。另外，该机械手当然还具有普通的机械手所具有的、在把持被锻造件的同时进行行进、横行、倾斜等动作的功能。

在本发明中利用上述的机械手把持根部侧（包括根部），对锻造部位进行定位。例如，如图5所示，在将被锻造件1自区域（a）朝向区域（f）依次进行局部锻造的情况下，利用机械手把持根部7，使区域（a）移动到能够利用锻造装置所具有的模具进行成形的位置。

然后，局部锻造区域（a），成形区域（a）的形状。在结束了该区域（a）的形状的成形之后，为了能够接着对区域（b）进行局部锻造，更换为区域（b）的成形用模具，并且使机械手移动到能够锻造区域（b）的位置。

此时，优选的是，局部锻造区域调整为区域（a）与区域（b）重叠。这是因为若不使该区域（a）与区域（b）的区域重叠，则会存在有在区域（a）与区域（b）的边界部分残留有未锻造的部分的可能性。

接着对区域（b）进行局部锻造。通过对区域（b）进行局部锻造，在结束了成形区域（b）的形状之后，为了形成图6的叶片材料的形状，对该被锻造件1施加使机械手进行少许转动的扭转加工。施加扭转加工的部位是利用机械手把持的根部7与利用模具约束而固定的区域（b）之间的区域。在该情况下为区域（a）。

进行扭转加工的区域（a）是进行了局部锻造的区域。因此，由于区域（a）因锻造被重复加热，因此能够在良好地保持了被锻造件自身的加工性的状态下进行扭转加工。

在结束扭转加工时，解除对区域（b）的约束，为了能够接着对区域（c）进行局部锻造，更换为区域（c）的成形用模具，并且使机械手移动到能够锻造区域（c）的位置。

此时也同样的，使局部锻造区域成形为区域（b）与区域（c）重叠即可。在扭转加工之后，确保局部锻造区域重叠的区域的原因在于，除了防止上述的未锻造部分的残存以外，通过一起进行施加了扭转加工的区域（b）的区域（c）侧的形状的成形，来进行形状的成形。因而，可以通过扭转加工的大小，使局部锻造的重叠区域进行适当变化。

接着，对区域（c）进行局部锻造。通过对区域（c）进行局部锻造，在结束了成形区域（c）的形状之后，为了形成图6的叶片材料的形状，对该被锻造件1施加使机械手进行少许转动的扭转加工。施加扭转加工的部位是利用机械手把持的根部7与利用模具约束而固定的区域（c）之间的区域。在该情况下为区域（a）～区域（b），利用机械手把持的部位与利用模具约束的部位之间的距离较长。如果在由于距离变长而导致难以进行形状的成形的情况下，例如，可以暂且解除机械手侧的固定，以能够固定区域（a）的方式换拿机械手。无论如何利用机械手把持的部位是比利用模具约束的区域靠根部侧的部位。

通过反复进行上述的局部锻造和扭转加工，并进行锻造直至翼顶端部8的区域（f），能够形成叶片材料9。

根据本发明的制造方法，能够在热锻造中、或者/并且在局部的热锻造结束之后紧接着对被锻造件的结束了局部锻造的区域施加扭转加工。因此，由于通过热锻造中的重复加热能够使被锻造件的温度维持在较高的状态下，因此加工性变得较高，容易进行扭转加工。

此外，由于利用机械手将由锻造完成了成形的部位或根部保持原样地拉出，能够连续地进行接下来的锻造和扭转加工，因此在生产率方面较优异。另外，在本发明中所述的锻造还包含所谓的锻压。

根据本发明，即使不使用大型的锻压机，也能够制造纵长的叶片材料。特别是在考虑到被锻造件的加工性时，将本发明应用于JIS G0203中所述的铁素体类耐热钢是有效的。

附图标记说明

1被锻造件；2锻造装置；3机械手；4加热炉；5模具；6去氧化皮装置；7根部；8翼顶端部；9叶片材料；10凸起部。

Claims (13)

1.一种叶片材料的制造方法，该叶片材料的制造方法利用模具自根部侧朝向叶片顶端部依次进行局部的热锻造，其特征在于，

在进行上述局部的热锻造后，在上述模具约束被锻造件的状态下，对在上述根部侧被把持的部位和被上述模具约束的部位之间的区域进行扭转加工，该区域是在上述局部的热锻造之前结束了热锻造的区域。

2.根据权利要求1所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

利用机械手对被锻造件的根部侧进行把持，并且，利用把持根部侧的机械手扭转被锻造件，从而进行扭转加工。

3.根据权利要求1或2所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

反复进行热锻造和扭转加工。

4.根据权利要求1或2所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

依次更换模具进行热锻造。

5.根据权利要求1或2所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

之前进行了热锻造的区域与接下来进行热锻造的区域重叠。

6.根据权利要求1或2所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

在欲进行热锻造的叶片顶端部处于加热炉内的状态下对上述被锻造件的其他部分进行局部锻造和扭转加工。

7.根据权利要求5所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

将利用机械手把持的被锻造件从加热炉内拉出进行锻造。

8.根据权利要求1或2所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

被锻造件的横截面为圆形，并且，该被锻造件的形状为与最终产品形状的扩缩相应的形状。

9.根据权利要求1或2所述的叶片材料的制造方法，其特征在于，

被锻造件的横截面为矩形，并且，该被锻造件的形状为与最终产品形状的扩缩相应的形状。

10.一种叶片材料的制造装置，其特征在于，

该叶片材料的制造装置包括锻造装置和机械手，该锻造装置具有：利用模具对被锻造件的预定位置进行局部锻造的功能和利用模具约束被锻造件的功能，该机械手具有：自被锻造件的根部侧朝向叶片顶端部，依次调整用于进行热锻造的上述被锻造件的锻造位置的移动功能；把持被锻造件的功能；以及在利用上述锻造装置约束被锻造件时通过扭转被锻造件对上述把持的部位和利用上述模具约束的部位之间的结束了局部锻造的区域进行扭转加工的功能，

上述叶片材料的制造装置在锻造装置的与机械手所在侧相反的一侧还具有用于加热被锻造件的加热炉。

11.根据权利要求10所述的叶片材料的制造装置，其特征在于，

锻造装置具有依次更换用于成形被锻造件的模具的功能。

12.根据权利要求10所述的叶片材料的制造装置，其特征在于，

利用机械手对被锻造件的根部侧进行把持，并利用该机械手将被锻造件从加热炉内拉出进行锻造。

13.根据权利要求10～12中的任一项所述的叶片材料的制造装置，其特征在于，

上述叶片材料的制造装置具备有氧化皮去除装置，该氧化皮去除装置用于去除从加热炉内拉出的被锻造件的氧化皮。